JP4729904B2

JP4729904B2 - 駆動装置

Info

Publication number: JP4729904B2
Application number: JP2004328375A
Authority: JP
Inventors: 泰弘岡本
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2004-11-12
Filing date: 2004-11-12
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2024-11-12
Also published as: JP2006141133A; US7268465B2; US20060103266A1

Description

本発明は、電気機械変換素子を利用した駆動装置に関する。

特許文献１に記載されているように、電気機械変換素子を利用した駆動装置としては、素子固定型と自走型とが公知である。図４に示すように、従来の素子固定型駆動装置２１は、固定体２２に一端を固定した電気機械変換素子（圧電素子）２３と、電気機械変換素子２３の他端に固着され、電気機械変換素子２３の伸縮によって長手方向に往復移動する駆動摩擦部材２４と、駆動摩擦部材２４に摩擦係合する移動体２５とからなる。この駆動装置２１は、電気機械変換素子２３の伸長と収縮の速度を異ならせ、駆動摩擦部材２４を一方向に緩慢に移動することで移動体２５を摩擦係合させて駆動摩擦部材２４とともに移動させ、駆動摩擦部材２４を逆方向に急峻に移動することで移動体２５の慣性により移動体２５を駆動摩擦部材２４に対して滑らせる。従来の素子固定型駆動装置２１は、この操作を繰り返すことで、駆動摩擦部材２４上の長さの範囲内で移動体２５を連続的に移動させるものである。

また、特許文献２にも特許文献１の記載と同様の基本構造からなる自走型駆動装置が記載されている。図５に示すように、従来の自走型駆動装置３１は、固定部材３２と、固定部材３２に摩擦係合する駆動摩擦部材３３と、駆動摩擦部材３３の一端が固着された電気機械変換素子３４と、電気機械変換素子３４の他端に固定された移動体３５とからなる。この駆動装置３１は、駆動摩擦部材３３と固定部材３２との摩擦係合を維持するように電気機械変換素子３４を緩慢に伸長または収縮させて移動体３５を移動させ、電気機械変換素子３４を急峻に収縮または伸長させて移動体３５の慣性により駆動摩擦部材３３を固定部材３２に対して滑らせる。従来の自走型駆動装置３１は、この操作を繰り返すことで、固定体の長さの範囲内で移動体３５を連続的に移動させるものである。
特開２００１−６０１１３号公報特開２０００−２７８９７２号公報

近年、小型が進んでいる光学機器の光学部材等を駆動するためには、より全長の短い小型の駆動装置が求められている。しかし、従来の素子固定型駆動装置２１は、移動体２５を駆動摩擦部材２４に摩擦係合して駆動摩擦部材２４の長さの範囲内で移動させるため、駆動摩擦部材２４は、移動体２５の全長と移動体２５のストロークとを合わせた長さが必要である。さらに、細長い駆動摩擦部材２４を長手方向にスムーズに往復移動できるように軸受け２６，２７を設けるための長さが必要である。加えて、駆動摩擦部材２４の一端に電気機械変換素子２３が固着されるため、従来の素子固定型の駆動装置２１は、移動体１５のストロークに比して全長が長くなる問題がある。

また、従来の自走型駆動装置３１は、電気機械変換素子３４が移動体３５とともに移動するので、電気機械変換素子３４に駆動電圧を供給するための配線に可撓性が必要である。非常に小さい自走型駆動装置３１を実現する場合、一般的なフレキシブル基板などで配線すると、可撓性が十分ではなく、移動体３５の移動を妨げて安定した駆動ができなくなる問題がある。

図６に図４の素子固定型駆動装置２１の構成を簡略化して示す。駆動装置２１では、駆動摩擦部材２４と電気機械変換素子２３とを固着、および、電気機械変換素子２３と固定体２２とを固着するために、接着剤２８，２９が用いられる。微少な駆動装置２１を製造する工程において、駆動摩擦部材２４と電気機械変換素子２３との接合面、および、電気機械変換素子２３と固定体２２との接合面の範囲内だけに広がるような必要最小量の接着剤２８，２９を正確に塗布することは事実上困難であり、図示するように、接合面からはみ出した接着剤２８，２９が、駆動摩擦部材２４および電気機械変換素子２３の側面に這い上がりを形成することが避けられない。このため、従来の素子固定型駆動装置２１において、駆動摩擦部材２４は、接着剤２９の這い上がり量αを見込んだ分だけさらに長くしなければならないという問題もある。

以上の問題点に鑑みて、本発明は、全長が短い駆動装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明による駆動装置は、一端が固定体に固定された電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の他端に固着された駆動摩擦部材と、前記駆動摩擦部材に摩擦係合し、滑り移動する移動体とからなる駆動装置であって、前記移動体は、前記摩擦駆動部材を挟み込むことによって、前記駆動摩擦部材に摩擦係合し、前記駆動摩擦部材の前記移動体との摩擦係合にかかる、前記移動体の移動方向に交差する方向の厚みは、前記電気機械変換素子の前記移動体の移動方向に交差する方向の厚みより大きく、前記移動体は、前記駆動摩擦部材の長さ方向の端部より前記電気機械変換素子側にはみ出し可能であり、前記移動体の長さは、前記固定体、前記電気機械変換素子および前記駆動摩擦部材の合計長より短いものとする。

この構成によれば、移動体が駆動摩擦部材からはみ出して移動可能であるので、移動体は、駆動摩擦部材の全長よりも長い可動範囲を有する。つまり、短い駆動摩擦部材で移動体の大きなストロークを実現できる。また、移動体を固定体と電気機械変換素子と駆動摩擦部材との合計長より短くすることで、移動体は駆動摩擦部材との関係において移動体側に最大限移動しても固定体の先の外部構造に干渉しない。つまり、移動体はその全長を駆動摩擦部材との係合に寄与させられるので、移動体のストロークに比して駆動装置全体を短くできる。また、駆動摩擦部材の移動体との摩擦係合にかかる厚みを、電気機械変換素子の厚みより大きくすることで、移動体が駆動摩擦部材の電気機械変換素子が固着されている側にはみ出し可能としたので、移動体のストロークが大きい。

また、本発明の駆動装置において、前記駆動摩擦部材の長さは、前記移動体の長さより短くてもよい。

この構成によれば、短い駆動摩擦部材で移動体を駆動するので、駆動摩擦部材の移動方向のずれによる影響が小さく、駆動摩擦部材自身の剛性不足によるたわみなどの問題も発生しない。このため、駆動摩擦部材を直線移動させるための軸受けが不要であり、駆動装置の全長が短くできる。好ましくは、移動体を駆動摩擦部材より十分に長くして、常に、駆動摩擦部材の全長が移動体と摩擦係合するようにすれば、移動体の位置によって摩擦力が変化することがなく、安定した駆動が可能になる。

また、本発明の駆動装置において、前記駆動摩擦部材の長さは、前記電気機械変換素子の長さより短くてもよい。

この構成によれば、駆動摩擦部材がより短いので駆動装置の全長が短くなる。

また、本発明の駆動装置において、前記電気機械変換素子の前記移動体の移動方向に交差する方向の厚みは、前記固定体の前記移動体の移動方向に交差する方向の厚みより大きくてもよい。

この構成によれば、フレキシブル基板によって電気機械変換素子に配線をする場合、電気機械変換素子に固着された固定体がフレキシブル基板の穴を貫通することができるので電気機械変換素子への配線が容易である。

また、本発明の駆動装置において、前記駆動摩擦部材は、セラミックス材料からなってもよい。

この構成によれば、駆動摩擦部材が軽量で高剛性になる。これにより、駆動摩擦部材の慣性が小さいので駆動効率が高く、駆動摩擦部材の弾性による効率低下がない。

また、本発明の駆動装置において、前記移動体を直線移動させるための案内部材を有してもよい。

この構成によれば、移動体の移動方向を案内部材で規制するので、駆動摩擦部材の移動方向に対して横方向の力が作用しない。このため駆動装置は安定した動作が可能になる。

また、異なる観点によれば、本発明による駆動装置は、移動可能な距離より長い対向し合う摩擦面を有する移動体と、前記摩擦面の一部分に挟まれて滑り移動可能に摩擦係合する駆動摩擦部材と、前記駆動摩擦部材の一端に固着された電気機械変換素子とからなり、前記電気機械変換素子は、前記駆動摩擦部材の前記移動体との摩擦係合にかかる、前記移動体の移動方向に交差する方向の厚みより小さい、前記移動体の移動方向に交差する方向の厚みを有し、前記摩擦面の間に配置され得るものとする。

この構成によれば、駆動装置は、従来のように移動体が駆動摩擦部材上を移動するのではなく、移動可能な移動体を短い駆動摩擦部材で位置決めするものである。このため、駆動摩擦部材が短く、軸受け構造がなくても安定した動作が可能であるので、駆動装置の全長を短くできる。

また、本発明の駆動装置において、前記駆動摩擦部材の前記移動体との摩擦係合にかかる厚みは、前記電気機械変換素子の厚みより大きくてもよい。

この構成によれば、移動体の移動可能範囲内に電気機械変換素子を重なるように配置することも可能であるので、駆動装置の全長を短くできる。

また、本発明の駆動装置において、前記駆動摩擦部材は、常に、該駆動摩擦部材の全長にわたり前記移動体と摩擦係合してもよい。

この構成によれば、駆動摩擦部材と移動体との当接面積を一定に保つことで、両者の係合にかかる摩擦力が一定になり、安定した駆動が可能である。

以上のように、本発明によれば、移動体が駆動摩擦部材からはみ出して移動可能であるので、駆動摩擦部材の全長よりも長い移動体の可動範囲が得られ、移動体のストロークに比して全長が短い駆動装置を提供できる。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の第１の実施形態の駆動装置１を示す。駆動装置１は、第１フレーム２と第２フレーム３との間に構成されている。駆動装置１は、円柱状の錘である固定体４と、固定体４の上部に固定された固定体４よりも径の大きな円柱状の圧電素子からなる電気機械変換素子５と、電気機械変換素子５の上端に固着された電気機械変換素子５よりも径の大きなセラミックス材料からなる駆動摩擦部材６と、金属性のばねからなり、駆動摩擦部材６を挟み込む対向する摩擦面７ａによって駆動摩擦部材６からはみ出すように駆動摩擦部材６に係合する移動体７と、レンズを固定し移動体７と一体に上下に移動可能な玉枠８と、玉枠８を上下方向に案内する第１吊り軸９および第２吊り軸１０とからなっている。さらに、電気機械変換素子５の電極１１には、薄い樹脂フィルム上に金属配線を設けたフレキシブル基板１２で駆動電圧が供給される。

さらに、図２に、駆動装置１の構造を示す。図中の矢印方向は、移動体７の移動可能な方向を示している。移動体７は、移動可能な方向に駆動摩擦部材６より十分に長い対向する摩擦面７ａで駆動摩擦部材６を挟み込んでいる。駆動摩擦部材６の全長は、電気機械変換素子５の全長より短く、移動体７の全長は、電気機械変換素子５と駆動摩擦部材６との合計長より短い。

また、駆動摩擦部材６の移動体７との係合にかかる厚み（本実施形態の駆動摩擦部材６は、円柱であるのでその直径）は、電気機械変換素子５の厚み（本実施形態では直径）と該電気機械変換素子６と駆動摩擦部材７とを固着する非導電性接着剤１３のはみ出した厚みとを合計した厚みよりも大きくなっており、電気機械変換素子６および非導電性接着剤１３が移動体７に接触しないようになっている。電気機械変換素子６の電極１１には、フレキシブル基板１２に設けた電気機械変換素子６の外径とほぼ一致する径の穴に、電気機械変換素子６を挿入して、フレキシブル基板１２上の金属配線と電極１１とをそれぞれ導電性接着剤１４で接着することで、駆動電圧が供給可能になっている。また、電気機械変換素子６の厚み（直径）は、固定体４と電気機械変換素子６とを固着する非導電性接着剤１５のはみ出した厚みとを合計した厚み（直径）よりも大きくなっている。

続いて、以上の構成からなる駆動装置１の動作を説明する。
図１の駆動装置１において、電気機械変換素子５は、２つの電極１１間にフレキシブル基板１２から変動電圧が印加されることで、垂直方向に伸長および収縮する。電気機械変換素子５は、一端が質量の大きな固定体４に固定されているので、固定体４側の端部が移動することができずに、駆動摩擦部材６が固着されている端部が駆動摩擦部材６とともに移動するように吊り軸９，１０と平行な方向に伸縮する。駆動摩擦部材６を対向する摩擦面７ａで挟み込んで摩擦力によって係合している移動体７は、駆動摩擦部材６が緩慢に加速して移動すれば、駆動摩擦部材６と摩擦係合したまま、吊り軸９，１０に沿って移動する。しかし、駆動摩擦部材６が急峻に加速して移動すれば、移動体７および玉枠８の慣性によりその場に留まろうとする力が移動体７と駆動摩擦部材６との摩擦力に勝り、駆動摩擦部材６だけが移動体７の摩擦面７ａ上で滑り移動する。電気機械変換素子５に印加する変動電圧の波形によって、電気機械変換素子５の伸長速度（加速度）と収縮速度（加速度）とを異ならせることができ、これにより、駆動摩擦部材６を、一方向に移動体７に摩擦係合したまま移動させ、逆方向に移動体７の摩擦面７ａ上を滑らせて移動するようにする。駆動装置１は、この駆動摩擦部材６の往復動作を繰り返すことで、移動体７を吊り軸９，１０に沿って任意の一方向に移動させることができる。

移動体７は、駆動摩擦部材６の全長と係合する範囲で移動可能であり、移動体７の移動可能な距離（ストローク）は、摩擦面７ａの長さから駆動摩擦部材６の長さを差し引いた長さである。ここで、移動体７の全長は、駆動摩擦部材６と電気機械変換素子５の合計長より十分に短いので、移動体７が電気機械変換素子５側に最大限移動したとき、つまり、移動体７の電気機械変換素子５と逆側の端部で駆動摩擦部材６に摩擦係合した状態でも、移動体７がフレキシブル基板１２と干渉しないようになっている。仮に、電気機械変換素子５への配線を固定体４に沿って設ければ、移動体の長さを、駆動摩擦部材６と電気機械変換素子５と移動体４との合計長よりも僅かに短い長さにまで拡張することができ、移動体７のストロークをさらに長くすることも可能である。このように、駆動装置１は、電気機械変換素子５を移動体７の移動範囲内に重複して配置できるので、全長を短くすることができる。また、移動体７を駆動摩擦部材６の長さの一部分に対して摩擦係合する位置まで移動させるようにすれば、より大きなストロークを得ること、或いは、同じストロークでも移動体７の長さを短くすることが可能である。しかしながら、その場合、移動体７と駆動摩擦部材６との摩擦力が変化するので電圧波形等に注意が必要である。

図３に示す第２実施形態の駆動装置１のように、電気機械変換素子５よりも径（駆動摩擦部材６と移動体７との摩擦係合にかかる方向の厚み）の大きい固定体４を採用することもできる。しかし、固定体４と電気機械変換素子５とを固着するための非導電性接着剤１５の這い上がりが電気機械変換素子５の表面に形成されるので、この這い上がりの長さβだけフレキシブル基板１２の位置が駆動摩擦部材６に近づき、移動体７のストロークが短くなる場合がある。このため、図２の第１実施形態のように、固定体４の径（移動体６が駆動摩擦部材６に摩擦係合する方向の厚み）を電気機械変換素子５の径（移動体７が駆動摩擦部材６に摩擦係合する方向の厚み）よりも小さくする方が、非導電性接着剤１５の這い上がりが電気機械変換素子５の円筒面に発生せず、移動体７のフレキシブル基板１２または導電性接着剤１５との干渉の危険が少なく好ましい。

駆動装置１において、駆動摩擦部材６および電気機械変換素子５の長さが非常に短いので、駆動摩擦部材６は、軸受けのような電気機械変換素子５の伸縮方向への案内がなくても、移動体７の移動方向へ安定した移動を行うことができる。また、駆動装置１のように、電気機械変換素子５および駆動摩擦部材６或いは移動体７の大きさに比して大きな玉枠８のような部材を駆動する場合、玉枠８をスムーズに所定の方向に移動させるために、吊り軸９，１０のような案内部材が設けられるのが一般的である。結果的に、この吊り軸９，１０は、移動体７を所定の方向に移動させるための案内部材として機能するので、駆動装置１の安定した駆動を担保することになる。

また、駆動装置１の駆動摩擦部材６は、全長が短く質量が小さいので、電気機械変換素子５に求められる駆動力や、電気機械変換素子５の一端を不動に固定するための固定体４の質量が小さくても安定した動作が実現できる。さらに、駆動摩擦部材６の全長が短いので、質量をさほど増加せずに係合にかかる幅を大きくして摩擦面７ａとの係合面積を増加させることで（本実施形態で径を大きくする場合にも微視的には摩擦面積の増大が得られる）、さらに駆動摩擦部材６の全長を短くしても安定した摩擦力が得られ、より全長が短く、動作が安定した駆動装置が実現できる。

また、従来の駆動装置と比べて、本発明による駆動装置１の駆動摩擦部材６はヤング率などの機械的特性の自由度が高い。つまり、駆動装置１の駆動摩擦部材６は、その全長が短いので多少の弾性を有する材料で構成してもほぼ理想的な剛体に近い挙動を示し、駆動摩擦部材６の弾性による遅れが発生せず、移動体７の係合位置によって駆動摩擦部材６の移動波形が変化して移動体７の移動量が変化することがない。このため、本発明の駆動摩擦部材６は、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）や液晶ポリマー（ＬＣＰ樹脂）などのエンジニアリングプラスチック、カーボン強化樹脂およびガラス繊維強化樹脂などで構成することも可能である。当然ながら、駆動摩擦部材６をセラミックス材料などで構成してより質量が小さくより剛性が高いものとすれば、駆動装置１はいっそう安定した駆動が可能になる。

本発明による駆動装置は、カメラ等の撮像ユニットやディスク装置のピックアップ、或いは、内視鏡などの微少な光学系の駆動に好適である。

本発明の第１実施形態の駆動装置の斜視図。図１の駆動装置の断面図。本発明の第２実施形態の駆動装置の断面図。従来の素子固定型駆動装置の斜視図。従来の自走型駆動装置の斜視図図４の駆動装置の断面図。

符号の説明

１駆動装置
４固定体
５電気機械変換素子
６駆動摩擦部材
７移動体
７ａ摩擦面
８玉枠
９第１吊り軸（案内部材）
１０第２吊り軸（案内部材）

Claims

一端が固定体に固定された電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子の他端に固着された駆動摩擦部材と、
前記駆動摩擦部材に摩擦係合し、滑り移動する移動体とからなる駆動装置であって、
前記移動体は、前記摩擦駆動部材を挟み込むことによって、前記駆動摩擦部材に摩擦係合し、
前記駆動摩擦部材の前記移動体との摩擦係合にかかる、前記移動体の移動方向に交差する方向の厚みは、前記電気機械変換素子の前記移動体の移動方向に交差する方向の厚みより大きく、
前記移動体は、前記駆動摩擦部材の長さ方向の端部より前記電気機械変換素子側にはみ出し可能であり、
前記移動体の長さは、前記固定体、前記電気機械変換素子および前記駆動摩擦部材の合計長より短いことを特徴とする駆動装置。
前記駆動摩擦部材の長さは、前記移動体の長さより短いことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
前記駆動摩擦部材の長さは、前記電気機械変換素子の長さより短いことを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。
前記電気機械変換素子の前記移動体の移動方向に交差する方向の厚みは、前記固定体の前記移動体の移動方向に交差する方向の厚みより大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の駆動装置。
前記駆動摩擦部材は、セラミックス材料からなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の駆動装置。
前記移動体を直線移動させるための案内部材を有することを特徴とする請求項１から５に記載の駆動装置。
移動可能な距離より長い対向し合う摩擦面を有する移動体と、
前記摩擦面の一部分に挟まれて滑り移動可能に摩擦係合する駆動摩擦部材と、
前記駆動摩擦部材の一端に固着された電気機械変換素子とからなり、
前記電気機械変換素子は、前記駆動摩擦部材の前記移動体との摩擦係合にかかる、前記移動体の移動方向に交差する方向の厚みより小さい、前記移動体の移動方向に交差する方向の厚みを有し、前記摩擦面の間に配置され得ることを特徴とする駆動装置。
前記駆動摩擦部材は、常に、該駆動摩擦部材の全長にわたり前記移動体と摩擦係合することを特徴とする請求項７に記載の駆動装置。